JP2004107257A - Organic compound, organic thin film device and display using the same - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an organic compound which has higher mobility of electric field effect in the case of use as a constituent material for an active layer and an electron and/or hole transport layer of an organic thin film device such as an organic TFT, an organic EL element, etc., and to provide an organic thin film device and a display using the organic thin film device. <P>SOLUTION: The organic TFT is formed by successively laminating a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, an organic semiconductor layer (organic active layer) 16, a drain electrode 14 and a source electrode 15 to a substrate 11. The organic semiconductor layer (active layer) is formed from an anthracene oligomer compound which is bonded at the 3- and 4- positions and has high mobility of electric field effect. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【００１４】
また、本発明の有機薄膜デバイスは、少なくとも１層の有機層を備え、この有機層のうち少なくとも１層が上記有機化合物を含むことを特徴とするものである。
【００１５】
アントラセン分子はベンゼン環３個からなる単純な化学構造を有しており、化学的安定性に優れている。アントラセンが２個以上結合したｎ−アントラセン（ｎは２以上）は、ｎが大きくなるにしたがって融点が高くなるため、薄膜等の固体状態では熱的に安定である。
【００１６】
また、アントラセンオリゴマーはベンゼン環を含むためπ電子系に富んでおり、また分子が平面状の構造を有しているため分子同士が積層され易く、分子の配向方向がそろった構造になりやすい。そのため、分子同士でπ電子軌道がオーバーラップすることによる高電界効果移動度が期待できる。したがって、この材料を有機薄膜トランジスタの活性層に用いることで大きい電界効果移動度特性が実現できる。
【００１７】
また、アントラセンオリゴマーは、正孔輸送性と電子輸送性が良いため、有機ＥＬ素子の正孔輸送層や電子輸送層として用いてもよく、この場合には発光効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子を実現することができる。
【００１８】
そこで、本発明のディスプレイは、上述した有機化合物を活性層に含んでなる有機薄膜トランジスタにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動・点灯を行なうことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明のディスプレイは、上述した有機化合物を有機半導体層（有機活性層）に含んでなる有機薄膜トランジスタにより、有機エレクトロルミネッセンス素子を駆動・点灯するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
本発明の有機化合物は、３位または４位で連結されたアントラセン環を少なくとも２個以上含むアントラセンオリゴマーであって、その基本構造の例を下記構造式（５）、（６）に示す。
【００２２】
【化６】

【００２３】
上記構造式（５）、（６）はアントラセンの２量体および３量体を示すものである。これらのアントラセンオリゴマーを構成する水素原子がフッ素原子に置換され、下記構造式（２）で表わされるように構成してもよい。
【００２４】
【化７】

【００２５】
さらに、これらのアントラセンオリゴマーの両端に位置する２−アントリル基の６位がアルキル基によって置換されてなり、下記構造式（３）で表わされるように構成してもよい。
【００２６】
【化８】

【００２７】
ここで、アルキル基としては、好ましくは炭素数１〜１２、より好ましくは２〜８、特に好ましくは６であり、例えば、メチル、エチル、ｉｓｏ−プロピル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−オクチル、ｎ−デシル、ｎ−へキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル等がある。
【００２８】
以下、上述したアントラセンオリゴマーを用いた有機薄膜トランジスタ（以下、有機ＴＦＴと称する）について説明する。
上述したアントラセンオリゴマーは、分子の配向方向を揃え易く、高電界効果移動度を達成できるので、有機ＴＦＴの活性層に用いると効果的である。
【００２９】
図１に示す逆スタガー型構造を代表例として有機ＴＦＴの作製について説明する。
【００３０】
まず、基板１１上にゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３と、有機半導体層１６と、ドレイン電極１４およびソース電極１５とを順次積層することにより形成する。
基板１１としては、ガラス、石英、シリコンまたはセラミック等の材料、さらにはプラスチック材料を用いる。
【００３１】
また、ゲート電極１２としては、金、白金、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、マグネシウム、カルシウム等の金属、あるいはそれらの合金、およびポリシリコン、アモルファスシリコン、グラファイト、錫添加酸化インジウム、酸化亜鉛、導電性ポリマー等の材料を用い、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、ＲＦスパッタ法または印刷法等の周知の膜作製方法により形成する。
【００３２】
また、ゲート絶縁層１３としては、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、アモルファスシリコン、ポリイミド樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、ポリパラキシリレン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂等の材料を用い、ゲート電極１２と同様の周知の膜作製方法により形成する。
【００３３】
また、有機半導体層（有機活性層；以下同じ）１６は、上述したアントラセンオリゴマーからなる有機化合物を真空蒸着法等の周知の膜作製方法により形成する。
【００３４】
さらに、ドレイン電極１４およびソース電極１５は、金、白金、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、マグネシウム、カルシウム等の金属あるいはそれらの合金、およびポリシリコン、アモルファスシリコン、グラファイト、錫添加酸化インジウム、酸化亜鉛、導電性ポリマー等の材料を用い、ゲート電極１２と同様の周知の膜作製方法により形成する。
【００３５】
次に、上述したアントラセンオリゴマーを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）について説明する。
上述したアントラセンオリゴマーは、正孔および電子輸送性に優れているので、有機ＥＬ素子の正孔輸送層や電子輸送層に用いると効果的である。
【００３６】
有機ＥＬ素子は陽極と陰極の間に、発光層を含む少なくとも１層以上の有機化合物層を形成した素子である。典型的には（陽極／正孔輸送層／発光層／陰極）、（陽極／発光層／電子輸送層／陰極）、（陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極）等の素子構造に構成される。
【００３７】
図２は、本発明に係る有機ＥＬ素子（有機薄膜デバイス）の層構成を示すもので、基板２１上に、陽極２２、正孔輸送層２３、発光層２４、電子輸送層２５および陰極２６をこの順に積層してなるものである。
【００３８】
上記のように構成された有機ＥＬ素子に対して、陽極２２と陰極２６との間に所定の直流電圧を印加すると、発光層２４から高輝度の発光が得られる。この発光のメカニズムは以下の様に考えられている。
【００３９】
すなわち、上記２つの層間に所定の直流電圧が印加されると、陽極２２から正孔輸送層２３に流入された正孔が発光層２４まで輸送される。一方、陰極２６から電子輸送層２５に注入された電子は発光層２４まで輸送され、この発光層２４中を拡散移動することにより上記正孔と再結合し、電気的に中和状態とされる。この再結合が行なわれると所定のエネルギーが放出され、そのエネルギーにより発光層２４内の有機発光材料が励起状態に励起される。その状態から基底状態に戻る際に光が放出される。
【００４０】
このような層構成とされた有機ＥＬ素子の正孔輸送層２３や電子輸送層２５に高電界効果移動度のアントラセンオリゴマー化合物を用いることによって、正孔および電子を発光層中に効率良く注入でき、発光効率を高めることができる。
【００４１】
上記基板２１としては、ガラス、プラスチック等の透明材料を用いる。
【００４２】
また、陽極２２としては、光を透過させる材料を用いる。具体的には、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化インジウム、酸化スズまたは酸化インジウム、酸化亜鉛合金であることが好ましい。金、白金、銀、マグネシウム合金等の金属の薄膜を用いてもよい。ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、それらの誘導体等の有機材料も使用可能である。
【００４３】
また、陰極２６としては、仕事関数の低い、Ｌｉ，Ｋ、Ｎａ等のアルカリ金属やＭｇ，Ｃａ等のアルカリ土類金属を用いるのが、電子注入性の観点から好ましい。また、安定なＡｌ等を用いるのも好ましい。安定性と電子注入性を両立させるために２種以上の材料を含む層にしてもよく、それらの材料については、例えば特開平２−１５５９５号公報、特開平５−１２１１７２号公報等に詳しく記戟されている。
【００４４】
また、発光層２４には、キノリノール錯体や芳香族アミン等のホスト材料に、クマリン誘導体やＤＣＭ、キナクリドン、ルブレン等の色素材料を添加（ドーピング）したものを用いるのが好ましいが、ホスト材料のみで発光層２４を形成しても良い。また、イリジウム金属錯体をドーピングして発光層２４を形成することで、効率の良い有機ＥＬ素子を作製することができる。
【００４５】
また、上記正孔輸送層２３および上記電子輸送層２５には前述したアントラセンオリゴマー化合物を用いる。使用するアントラセンオリゴマー化合物は１種類としても良いし複数種類としても良く、さらに上記正孔輸送層２３および上記電子輸送層２５に他の化合物を含有させるようにしても良い。
また、正孔輸送層２３および電子輸送層２５の膜形成方法としては、上記発光層２４の膜形成方法と略同様の方法が用いられる。
【００４６】
なお、本発明の有機発光素子（有機薄膜デバイス）としては、上記各層の他、電子注入層、正孔注入層、電子ブロック層、正孔ブロック層、保護層等を設けるように構成することが可能である。
【００４７】
本発明の有機薄膜デバイスにおいては、上述したように、トランジスタ等の電気デバイス、有機ＥＬ素子等の光デバイスの基板として、ガラス基板の他にプラスチック基板を使用することが可能である。基板として用いるプラスチックは耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性および低吸湿性に優れていることが必要である。このようなプラスチックとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリイミド等がある。基板の電極側の面、電極と反対側の面、またはその両方に透湿防止層（ガスバリア層）を設置するのが好ましい。また、透湿防止層を構成する材料としては窒化ケイ素や酸化ケイ素等の無機物であることが好ましい。また、透湿防止層はＲＦスパッタ法等の周知の膜作製方法により形成することができる。また、必要に応じてハードコート層やアンダーコー卜層を設けてもよい。
【００４８】
図３は本発明に係る有機ＴＦＴにより有機ＥＬ素子の駆動および点灯を制御する表示デバイスを示す断面図である。すなわち、有機ＥＬ素子１２０は陰極１０１、電子輸送層１０２、発光層１０３、正孔輸送層１０４および陽極１０５から構成されており、また、有機ＴＦＴ１２１はゲート電極１０６、ゲート絶縁層１０７、有機半導体層（有機活性層）１０８、ソース電極１０９およびドレイン電極１１０から構成されている。これらの層構造はバリア層１１２を介してプラスチック基板１１１により支持されており、これらの層構造の上方部分が保護膜１１３により被覆されている。
【００４９】
また、有機ＥＬ素子１２０の陽極１０５または陰極１０１の一方（プラスチック基板１１１に近い側の電極）と、有機ＴＦＴ１２１のドレイン電極１１０は電気的に接続された構造となっている。ゲート電極１０６に電圧を印加することによりソース・ドレイン電極間に電流が流れ、有機ＥＬ素子１２０が発光する。
【００５０】
本発明において、有機ＴＦＴにより駆動・点灯される有機ＥＬ素子は公知の材料および構成のものであってもよいが、本発明による有機化合物を用いた有機ＥＬ素子とすることが好ましい。
【００５１】
また、本発明の有機薄膜デバイスは、下記ディスプレイの他、表示素子、バックライト、光通信、電子写真、照明光源、記録光源、露光光源、読取光源、標識、看板、インテリア等の広範に亘る各分野の用途に供することができる。
【００５２】
さらに、図３に示す構成に、スイッチング用の有機ＴＦＴを組み合わせた素子を、マトリックス状に配置することでアクティブマトリックス型の有機ＥＬディスプレイを作製することができる。
【００５３】
アクティブマトリクス型の有機ＥＬディスプレイは、画素数が多くなっても、非選択点に不要な電圧が印加されるおそれが小さく、また、高デューティ時においても効率低下や劣化を生じるおそれが小さく、応答性に優れているという利点を有している。
【００５４】
＜アントラセンオリゴマーの合成方法および同定結果＞
まず、本実施形態で使用した、アントラセンの２量体（２Ａ）および３量体（３Ａ）の合成方法および同定結果を示す。
【００５５】
（Ａ）　２−アントラセン−２−イル−４，４，５，５−テトラメチル−［１，３，２］ジオキサボラン（１）の合成
【００５６】
２−ブロモアントラセン（１．００ｇ，３．８９ｍｍｏｌ）に、ビス（ピナコレート）ジボロン（１．１９ｇ，４．６７ｍｍｏｌ）、ＰｄＣｌ_２（ｄｐｐｆ）_２（ＣＨ_２Ｃｌ_２）（９５ｍｇ，０．１２ｍｍｏｌ）およびカリウムアセテート（１．１９ｇ，４．６７ｍｍｏｌ）を加えてホウ酸アリール反応を行なった。ｎ−ヘプタン／ジクロロメタン（１：１）を溶媒とし、シリカゲルを用いた急速クロマトグラフィーを行なうことで、下記構造式（７）で示される化合物（ａ）が得られた。（８０６ｍｇ，４．６７ｍｍｏｌ）。
【００５７】
【化９】

【００５８】
化合物（ａ）の同定結果は、融点１４３−１４４℃；１Ｈ　ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）δ１．３８（ｓ，１２Ｈ）、７．４６−７．４８（ｍ，２Ｈ）、７．７８（ｄ，Ｊ＝８．５５Ｈｚ，１Ｈ）、７．９８（ｄ，Ｊ＝８．５５Ｈｚ、１Ｈ），８．０１（ｔ，Ｊ＝８．５５Ｈｚ，２Ｈ）、８．４１（ｓ，１Ｈ）、８．４８（ｓ，１Ｈ）、８．５７（ｓ，１Ｈ）；ＭＳ（ＥＩ）ｍ／ｚ　３０４（Ｍ^＋，１００）であった。
【００５９】
元素分析　Ｃ_２０Ｈ_２１ＢＯ_２に対する計算値：Ｃ，７８．９７；Ｈ，６．９６、実測値：Ｃ，７８．７５；Ｈ，７．０１である。
【００６０】
（Ｂ）　［２，２’］ピアントラセン（２Ａ）の合成
【００６１】
トルエン（１００ｍｌ）と１ＭのＮａ_２ＣＯ_３（２０ｍｌ）の混合液中に、２−ブロモアントラセン（６８２ｍｇ，２．６５ｍｍｏｌ）と化合物（ａ）（８０６ｍｇ，２．６５ｍｍｏｌ）を加えた。テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）（１５３ｍｇ，０．１３３ｍｍｏｌ）を加え、混合物を３日間還流させた（鈴木カップリング反応）。
【００６２】
水およびエタノール、温トルエンを用いて反応物から２Ａの沈殿、抽出を行なった。
連続昇華精製（主ヒーター：３００℃；副ヒーター：２８０℃）により純度の高い、下記構造式（８）で示される２量体（２Ａ）（３２９ｍｇ，３５％）を得た。
【００６３】
【化１０】

【００６４】
上記２量体（２Ａ）の同定結果は、融点３６５−３６６℃：ＭＳ（ＥＩ）ｍ／ｚ　３５４（Ｍ^＋，１００）、１７７（Ｍ^＋，５７．８）であった。
【００６５】
元素分析　Ｃ_２８Ｈ_１８に対する計算値：Ｃ，９４．８８：Ｈ，５．１２、実測値：Ｃ、９４．５９；Ｈ，５．３４であった。
【００６６】
（Ｃ）　［２，２’；６’，２”］テルアントラセン（３Ａ）の合成
【００６７】
トルエン（１００ｍｌ）と１ＭのＮａ_２ＣＯ_３（２０ｍｌ）の混合液中に、２，６−ジイオドアントラセン（５３４ｍｇ，１．２４ｍｍｏｌ）と化合物（ａ）（８３０ｍｇ，２．７３ｍｍｏｌ）を加えた。テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）（１４３ｍｇ，０．１２４ｍｍｏｌ）を加え、混合物を５日間還流させた（鈴木カップリング反応）。
【００６８】
水およびエタノール、温トルエンを用いて反応物から３Ａの沈殿、抽出を行なった。
連続昇華精製（主ヒーター：４２０℃：副ヒーター：４００℃）により純度の高い、下記構造式（９）で示される３量体（３Ａ）（１６０ｍｇ，２４％）を得た。
【００６９】
【化１１】

【００７０】
上記３量体（３Ａ）の同定結果は、融点４００℃以上：ＭＳ（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ）ｍ／ｚ　５３０（Ｍ^＋、１００）であった。
【００７１】
元素分析　Ｃ_４２Ｈ_２６に対する計算値：Ｃ，９５．０６；Ｈ，４．９４、実測値：Ｃ，９５．０２：Ｈ，４．９３であった。
【００７２】
【実施例】
以下、具体的な実施例について図面を用いて説明する。
【００７３】
＜実施例１＞
有機ＴＦＴの基板として、表面に膜厚４００ｎｍの熱酸化シリコンを形成したシリコンウェハを用いた。ここで、シリコンウェハは低抵抗のものとし、有機ＴＦＴのゲート電極としても機能させた。また、酸化シリコン膜をゲート絶縁膜として用い、その上に有機半導体層としてアントラセン２量体（２Ａ）を真空蒸着法により形成した。
【００７４】
ここで、アントラセン２量体膜の作製条件は以下の通りとした。
蒸着装置チェンバ内の真空度は１×１０^−４パスカル以下とした。基板温度は４０〜１００℃の範囲とした。昇華精製したアントラセン２量体をカーボンルツボに入れ、ルツボ周囲に巻いたタンタル線フィラメントにより加熱を行なった。蒸着レートは１Å／秒とし、膜厚は約５０ｎｍとした。
【００７５】
次に、上記有機半導体層上において、金属マスクを用いて金を真空蒸着法で成膜することにより、ソース電極とドレイン電極を形成した。有機ＴＦＴのチャネル幅およびチャネル長はそれぞれ２００μｍおよび１０００μｍとした。
【００７６】
作製したアントラセン２量体膜のＸ線回折パターンを図４に示す。図４の横軸は、基板に対して水平な方向の角度を０°としたときのＸ線の回折角度（２θ）（ここで、θは、基板に対するＸ線の入射角）、縦軸は、回折したＸ線の強度である。Ｘ線回折パターンの測定に使用したＸ線は、波長５．１４ÅのＣｕ−Ｋα線である。非常に強く鋭い第１次ピークが４．５°にあり、第２次ピークは９．１°に、第３次ピークは１３．６°に、第４次ピークは１８．３°に観測された。これは１９．５Åの分子間間隔に対応しているので、アントラセン２量体分子の長軸方向が基板に対して垂直方向に向いていることが確認できた。このような分子配向は、π電子軌道が基板表面と平行な方向に広がるため好ましい。これにより、有機半導体層に誘起されたキャリアは横方向（基板表面と平行な方向）への移動がし易くなっているものと推測される。
【００７７】
作製した有機ＴＦＴの電気特性を図５に示す。図５の横軸はドレイン電圧（Ｖ）、縦軸はドレイン電流（Ａ）である。各電圧値におけるドレイン電流の変化曲線は、低いドレイン電圧の線形領域（電圧比例領域）と高いドレイン電圧での飽和領域を有する。
【００７８】
電界効果移動度（μ）は、ドレイン電流Ｉｄを表わす下式（Ａ）を用いて算出することができる。
Ｉｄ＝（Ｗ／２Ｌ）μＣｉ（Ｖｇ−Ｖｔ）^２　　　…（Ａ）
【００７９】
ここで、ＬおよびＷはゲート長およびゲート幅である。また、Ｃｉは絶縁層の単位面積当たりの容量である。Ｖｇはゲート電圧であり、Ｖｔはしきい値電圧である。
【００８０】
上式（Ａ）を用いて電界効果移動度（μ）を計算した結果、基板温度７０℃で作製した２Ａの有機ＴＦＴでは、２×１０^−２ｃｍ^２／Ｖｓの電界効果移動度が得られることがわかった。
【００８１】
＜実施例２＞
有機ＴＦＴの基板として、表面に膜厚４００ｎｍの熱酸化シリコンを形成したシリコンウェハを用いた。ここで、シリコンウェハは低抵抗のものとし、有機ＴＦＴのゲート電極としても機能させた。酸化シリコン膜をゲート絶縁膜として用い、その上に有機半導体層としてアントラセン３量体（３Ａ）を真空蒸着法により形成した。
【００８２】
ここで、アントラセン３量体膜の作製条件は以下の通りとした。
蒸着装置チェンバ内の真空度は１×１０^−４パスカル以下とした。基板温度は４０〜２００℃の範囲とした。昇華精製したアントラセン３量体をカーボンルツボに入れ、ルツボ周囲に巻いたタンタル線フィラメントにより加熱を行なった。蒸着レートは１Å／秒とし、膜厚は約５０ｎｍとした。
【００８３】
次に、上記有機半導体層上において、金属マスクを用いて金を真空蒸着法で成膜することにより、ソース電極とドレイン電極を形成した。有機ＴＦＴのチャネル幅およびチャネル長はそれぞれ１００μｍおよび１０００μｍとした。
【００８４】
作製したアントラセン３量体膜のＸ線回折パターンを図６に示す。図６の横軸は、基板に対して水平な方向の角度を０°としたときのＸ線の回折角度（２θ）（ここで、θは、基板に対するＸ線の入射角）、縦軸は、回折したＸ線の強度である。Ｘ線回折パターンの測定に使用したＸ線は、波長５．１４ÅのＣｕ−Ｋα線である。非常に強く鋭い第１次ピークが３．１°にあり、第２次ピークは６．２°に、第３次ピークは９．３°に、第４次ピークは１２．５°に観測された。これは２８．４Åの分子間間隔に対応しているので、アントラセン３量体分子の長軸方向が基板に対して垂直方向に向いていることが確認できた。このような分子配向は、π電子軌道が基板表面と平行な方向に広がるため好ましい。これにより、有機半導体層に誘起されたキャリアは横方向（基板表面と平行な方向）への移動がし易くなっているものと推測される。
【００８５】
作製した有機ＴＦＴの電気特性を図７に示す。図７の横軸はドレイン電圧（Ｖ）、縦軸はドレイン電流（Ａ）である。各電圧値におけるドレイン電流の変化曲線は、低いドレイン電圧の線形領域（電圧比例領域）と高いドレイン電圧での飽和領域を有する。
【００８６】
電界効果移動度（μ）は、ドレイン電流Ｉｄを表わす下式（Ａ）を用いて算出することができる。
Ｉｄ＝（Ｗ／２Ｌ）μＣｉ（Ｖｇ−Ｖｔ）^２　　　…（Ａ）
【００８７】
ここで、ＬおよびＷはゲート長およびゲート幅である。また、Ｃｉは絶縁層の単位面積当たりの容量である。Ｖｇはゲート電圧であり、Ｖｔはしきい値電圧である。
【００８８】
上記（Ａ）式を用いて電界効果移動度（μ）を計算した結果、基板温度１００〜１５０℃で作製した３Ａの有機ＴＦＴでは、８×１０^−２ｃｍ^２／Ｖｓの電界効果移動度が得られることがわかった。
【００８９】
＜実施例３＞
有機ＴＦＴの基板として、表面に膜厚４００ｎｍの熱酸化シリコンを形成したシリコンウェハを用いた。ここで、シリコンウェハは低抵抗のものとし、有機ＴＦＴのゲート電極としても機能させた。酸化シリコン膜をゲート絶縁膜として用い、その上に有機半導体層として６‐６’ジヘキシル‐ビアントラセン（ＤＨ‐２Ａ）を真空蒸着法により形成した。
【００９０】
ここで、ＤＨ−２Ａ膜の作製条件は以下の通りとした。
蒸着装置チェンバ内の真空度は１×１０^−４パスカル以下とした。基板温度は４０〜２００℃の範囲とした。昇華精製したＤＨ−２Ａをカーボンルツボに入れ、ルツボ周囲に巻いたタンタル線フィラメントにより加熱を行なった。蒸着レートは１Å／秒とし、膜厚は約５０ｎｍとした。
【００９１】
次に、上記有機半導体層上において、金属マスクを用いて金を真空蒸着法で成膜することにより、ソース電極とドレイン電極を形成した。有機ＴＦＴのチャネル幅およびチャネル長はそれぞれ１００μｍおよび１０００μｍとした。
【００９２】
作製したＤＨ−２ＡのＸ線回折パターンを図８に示す。図８の横軸は、基板に対して水平な方向の角度を０°としたときのＸ線の回折角度（２θ）（ここで、θは、基板に対するＸ線の入射角）、縦軸は、回折したＸ線の強度である。Ｘ線回折パターンの測定に使用したＸ線は、波長５．１４ÅのＣｕ−Ｋα線である。非常に強く鋭い第１次ピークが２．８°にあり、第２次ピークは５．５°に、第３次ピークは８．３°に、第４次ピークは１１°に観測された。これは３２Åの分子間間隔に対応しているので、ＤＨ−２Ａ分子の長軸方向が基板に対して垂直方向に向いていることが確認できた。このような分子配向は、π電子軌道が基板表面と平行な方向に広がるため好ましい。これにより、有機半導体層に誘起されたキャリアは横方向（基板表面と平行方向）への移動がし易くなっているものと推測される。
【００９３】
作製した有機ＴＦＴの電気特性を図９に示す。図９の横軸はドレイン電圧（Ｖ）、縦軸はドレイン電流（Ａ）である。各電圧値におけるドレイン電流の変化曲線は、低いドレイン電圧の線形領域（電圧比例領域）と高いドレイン電圧での飽和領域を示す。
【００９４】
電界効果移動度（μ）は、ドレイン電流Ｉｄを表わす下式（Ａ）を用いて算出することができる。
Ｉｄ＝（Ｗ／２Ｌ）μＣｉ（Ｖｇ−Ｖｔ）^２　　　…（Ａ）
【００９５】
ここで、ＬおよびＷはゲート長およびゲート幅である。また、Ｃｉは絶縁層の単位面積当たりの容量である。Ｖｇはゲート電圧であり、Ｖｔはしきい値電圧である。
【００９６】
上式（Ａ）を用いて電界効果移動度（μ）を計算した結果、基板温度７０℃で作製したＤＨ−２Ａの有機ＴＦＴでは、１．３×１０^−１ｃｍ^２／Ｖｓの高い電界効果移動度が得られることがわかった。
【００９７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の有機化合物は、３位または４位で連結されたアントラセンオリゴマーから構成されており、アントラセンオリゴマーが熱的に安定である上、高電界効果移動度を有しているので、この有機化合物を本発明に係る有機ＴＦＴの活性層に用いることで高い電界効果移動度特性が実現でき、またこの材料を本発明に係る有機ＥＬ素子の正孔輸送層や電子輸送層として用いることで発光効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子を実現することができる。
【００９８】
また、本発明のディスプレイは、上述した有機ＴＦＴを、上述した有機ＥＬ素子または他の有機ＥＬ素子と組合わせてなる画素を配列した有機ＥＬディスプレイであり、発光効率に優れ、かつ応答性にも優れるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機薄膜デバイスである有機ＴＦＴの層構成を示す断面図
【図２】本発明の一実施形態に係る有機薄膜デバイスである有機ＥＬ素子の層構成を示す断面図
【図３】本発明の一実施形態に係る有機薄膜デバイスである発光デバイスの層構成を示す断面図
【図４】本発明の実施例１に係る有機ＴＦＴの有機半導体層として用いられる、アントラセン２量体膜のＸ線回折パターンを示すグラフ
【図５】本発明の実施例１に係る、アントラセン２量体を用いた有機ＴＦＴの電気特性を示すグラフ
【図６】本発明の実施例２に係る有機ＴＦＴの有機半導体層として用いられる、アントラセン３量体膜のＸ線回折パターンを示すグラフ
【図７】本発明の実施例２に係る、アントラセン３量体を用いた有機ＴＦＴの電気特性を示すグラフ
【図８】本発明の実施例３に係る有機ＴＦＴの有機半導体層として用いられる、ＤＨ−２ＡのＸ線回折パターンを示すグラフ
【図９】本発明の実施例３に係る、ＤＨ−２Ａを用いた有機ＴＦＴの電気特性を示すグラフ
【符号の説明】
１１、２１　　　　基板
１２、１０６　　　ゲート電極
１３、１０７　　　ゲート絶縁膜
１４、１１０　　　ドレイン電極
１５、１０９　　　ソース電極
１６、１０８　　　有機半導体層（有機活性層）
２２、１０５　　　陽極
２３、１０４　　　正孔輸送層
２４、１０３　　　発光層
２５、１０２　　　電子輸送層
２６、１０１　　　陰極
１１１　　プラスチック基板
１１２　　バリア層
１１３　　保護層
１２０　　有機ＥＬ素子
１２１　　有機ＴＦＴ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic compound constituting various optical devices and electronic devices, an organic thin film device including an organic thin film transistor (organic TFT) and an organic electroluminescent element (organic EL element) containing the organic compound, and an organic TFT. The present invention relates to a display such as an organic EL panel having pixels arranged in combination with an organic EL element.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research and development for utilizing organic compounds as semiconductor materials has been actively pursued. In the field of thin film transistors (TFTs) frequently used as logic elements and switching elements, recently, conventional silicon-based devices have been replaced. Attention has been paid to research for using devices utilizing organic materials. Organic TFT using pentacene for active layer is 1cm ² The characteristics of a field effect mobility of / Vs or more and an on / off ratio close to 10 5 are obtained. Organic materials are superior in processability to silicon, and it is expected that low-cost devices can be realized by using organic materials. In addition, since a device can be manufactured using an organic material at a temperature of 100 ° C. or lower, a variety of substrates that are said to be weak against heat, such as a plastic substrate, can be used. Furthermore, since organic materials are mechanically flexible, it is expected that a flexible device can be realized by combining the organic material with a plastic substrate.
[0003]
FIG. 1 schematically shows a cross section of a typical organic TFT. After forming the gate electrode 12 and the gate insulating layer 13 on the substrate 11, an organic semiconductor layer 16 is formed on the gate insulating layer 13, and further, the drain is formed adjacent to the organic semiconductor layer 16 with a small gap. It has a structure in which the electrode 14 and the source electrode 15 are stacked. Since the conductivity of the organic semiconductor layer 16 changes according to the voltage applied to the gate electrode 12, the current between the drain electrode 14 and the source electrode 15 can be controlled by adjusting the gate voltage.
[0004]
By the way, various organic materials have been proposed as semiconductor materials used for organic TFTs. For example, low molecular materials such as pentacene, oligomer materials such as n-thiophene with n = 3 to 8, and polymer materials such as polyalkylthiophene have been reported. A thin film transistor using pentacene, a low molecular material, as an active layer is 1 cm at room temperature. ² It is known to have a field-effect mobility of / Vs or more (effective carrier mobility when the transistor is ON). Further, Garnier et al. Used α-ω-dihexylhexathiophene as an oligomer material and produced a 0.06 cm ² / Vs is detected (for example, see Non-Patent Document 1).
[0005]
On the other hand, as shown in FIG. 2, an organic EL device having a laminated structure similar to the above has an anode 22, a hole transport layer 23, and a light emitting layer 24 containing a fluorescent organic compound or a phosphorescent organic compound on a substrate 21. , And the electron transport layer 25 and the cathode 26 are laminated. That is, it has a structure in which the layers 23, 24, 25 are sandwiched between the anode 22 and the cathode 26. The holes and electrons injected from the anode 22 and the cathode 26 through the hole transport layer 23 and the electron transport layer 25 are recombined in the light emitting layer 24 to generate excitons of organic molecules. The organic EL element is a device that utilizes light emission (fluorescence / light) when the exciton is deactivated. Further, the organic EL element has a low applied voltage of about 10 V and has a capacity of 1000 cd / m 2. ² A high degree of luminance can be realized, and arbitrary light emission can be realized within a wavelength range from blue to red by selecting an organic compound constituting the light emitting layer 24 (for example, see Patent Document 1). Furthermore, unlike the case where a liquid crystal display element is used, since it is self-luminous, it has characteristics that it has excellent visibility without dependence on viewing angle and is expected to be applied to a next-generation full-color display.
[0006]
[Non-patent document 1]
Garnier et al. , Science, 265, 1684 (1994).
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-340781, pages 6 and 7
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned organic TFT, development of an organic material having a higher field-effect mobility is required.
[0008]
For that purpose, it is necessary that the material has a widened π-electron system and a layer in which molecules are stacked. In addition, many organic semiconductors have anisotropy of field-effect mobility with respect to the molecular orientation direction, and since the orientation direction of the organic molecule has a large effect on carrier conduction in the film, the orientation direction of the organic molecule is large. It is important that
[0009]
For example, it is reported that pentacene is an organic material having a π-conjugated system, and has a large field-effect mobility in the direction in which organic molecules are stacked by having a structure in which π electron orbitals overlap in the direction in which organic molecules are stacked. ing. In order to improve the field-effect mobility of an organic TFT also for an organic material other than pentacene, a thin film capable of improving the crystallinity and orientation of an organic semiconductor in an active layer is required.
[0010]
On the other hand, in an organic EL device, it is necessary to efficiently inject holes and electrons into a light emitting layer. By using an organic material having a large hole mobility and a large electron mobility for a hole transport layer and an electron transport layer, respectively. There is a need to improve hole transport properties and electron transport properties.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and when used as a constituent material of an active layer or an electron / hole transport layer of an organic thin film device such as an organic TFT or an organic EL element, a larger field effect mobility is obtained. It is an object of the present invention to provide an organic compound capable of obtaining the same, an organic thin film device thereof, and a display using the same.
[0012]
Means and action for solving the problem
The organic compound of the present invention is characterized by comprising an anthracene oligomer linked at the 3-position or 4-position represented by the following structural formula (1).
[0013]
Embedded image

[0014]
Further, the organic thin film device of the present invention is provided with at least one organic layer, wherein at least one of the organic layers contains the organic compound.
[0015]
Anthracene molecules have a simple chemical structure consisting of three benzene rings and have excellent chemical stability. Since n-anthracene in which two or more anthracenes are bonded (n is 2 or more) has a higher melting point as n increases, it is thermally stable in a solid state such as a thin film.
[0016]
Further, the anthracene oligomer contains a benzene ring and thus is rich in a π-electron system. Further, since the molecule has a planar structure, the molecules are easily stacked with each other and a structure in which the orientation directions of the molecules are aligned easily. Therefore, high electric field effect mobility due to overlapping of π electron orbits between molecules can be expected. Therefore, by using this material for the active layer of the organic thin film transistor, a large field effect mobility characteristic can be realized.
[0017]
Further, the anthracene oligomer has a good hole transporting property and an electron transporting property, so that it may be used as a hole transporting layer or an electron transporting layer of an organic EL device. In this case, an organic electroluminescent device having high luminous efficiency is realized. can do.
[0018]
Therefore, the display of the present invention is characterized in that the organic thin-film transistor comprising the above-mentioned organic compound in the active layer drives and turns on the organic electroluminescence element.
[0019]
Further, the display of the present invention is characterized in that the organic electroluminescent element is driven and lit by an organic thin film transistor including the organic compound described above in an organic semiconductor layer (organic active layer). It is.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
The organic compound of the present invention is an anthracene oligomer containing at least two or more anthracene rings linked at the 3- or 4-position, and examples of its basic structure are shown in the following structural formulas (5) and (6).
[0022]
Embedded image

[0023]
The above structural formulas (5) and (6) show dimers and trimers of anthracene. A hydrogen atom constituting these anthracene oligomers may be replaced by a fluorine atom, and the anthracene oligomer may be represented by the following structural formula (2).
[0024]
Embedded image

[0025]
Further, an alkyl group may be substituted at the 6-position of a 2-anthryl group located at both ends of these anthracene oligomers, and the structure may be represented by the following structural formula (3).
[0026]
Embedded image

[0027]
Here, the alkyl group preferably has 1 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 8 carbon atoms, and particularly preferably 6 carbon atoms. For example, methyl, ethyl, isopropyl, tert-butyl, n-octyl, n-octyl Decyl, n-hexadecyl, cyclopropyl, cyclopentyl and the like.
[0028]
Hereinafter, an organic thin film transistor (hereinafter, referred to as an organic TFT) using the above-described anthracene oligomer will be described.
The anthracene oligomer described above is effective when used for an active layer of an organic TFT because the orientation direction of molecules can be easily aligned and high field effect mobility can be achieved.
[0029]
The production of an organic TFT will be described using the inverted stagger type structure shown in FIG. 1 as a representative example.
[0030]
First, a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, an organic semiconductor layer 16, a drain electrode 14, and a source electrode 15 are formed by sequentially laminating a substrate 11 on a substrate 11.
As the substrate 11, a material such as glass, quartz, silicon, or ceramic, or a plastic material is used.
[0031]
The gate electrode 12 may be made of a metal such as gold, platinum, chromium, tungsten, tantalum, nickel, copper, aluminum, silver, magnesium, calcium, or an alloy thereof, as well as polysilicon, amorphous silicon, graphite, and tin-doped oxide. It is formed using a material such as indium, zinc oxide, or a conductive polymer by a known film forming method such as a vacuum evaporation method, an electron beam evaporation method, an RF sputtering method, or a printing method.
[0032]
Further, as the gate insulating layer 13, SiO 2 ₂ , Si ₃ N ₄ , SiON, Al ₂ O ₃ , Ta ₂ O ₅ The gate electrode 12 is formed using a material such as amorphous silicon, polyimide resin, polyvinyl phenol resin, polyparaxylylene resin, and polymethyl methacrylate resin.
[0033]
In addition, the organic semiconductor layer (organic active layer; the same applies hereinafter) 16 is formed by using a known film forming method such as a vacuum evaporation method using the above-mentioned organic compound comprising an anthracene oligomer.
[0034]
Further, the drain electrode 14 and the source electrode 15 are made of a metal such as gold, platinum, chromium, tungsten, tantalum, nickel, copper, aluminum, silver, magnesium, calcium, or an alloy thereof, and polysilicon, amorphous silicon, graphite, or tin. The gate electrode 12 is formed using a material such as added indium oxide, zinc oxide, or a conductive polymer by a well-known film formation method.
[0035]
Next, an organic electroluminescence device (hereinafter, referred to as an organic EL device) using the above-described anthracene oligomer will be described.
Since the above-mentioned anthracene oligomer has excellent hole and electron transport properties, it is effective to use it for a hole transport layer or an electron transport layer of an organic EL device.
[0036]
An organic EL element is an element in which at least one or more organic compound layers including a light emitting layer are formed between an anode and a cathode. Typically, (anode / hole transport layer / emission layer / cathode), (anode / emission layer / electron transport layer / cathode), (anode / hole transport layer / emission layer / electron transport layer / cathode) and the like It has an element structure.
[0037]
FIG. 2 shows a layer configuration of an organic EL element (organic thin film device) according to the present invention. An anode 22, a hole transport layer 23, a light emitting layer 24, an electron transport layer 25, and a cathode 26 are formed on a substrate 21. They are laminated in this order.
[0038]
When a predetermined DC voltage is applied between the anode 22 and the cathode 26 to the organic EL element configured as described above, light emission of high luminance is obtained from the light emitting layer 24. The mechanism of this light emission is considered as follows.
[0039]
That is, when a predetermined DC voltage is applied between the two layers, holes flowing from the anode 22 into the hole transport layer 23 are transported to the light emitting layer 24. On the other hand, the electrons injected from the cathode 26 into the electron transport layer 25 are transported to the light emitting layer 24, and are diffused and moved in the light emitting layer 24 to recombine with the holes to be electrically neutralized. . When this recombination is performed, a predetermined energy is released, and the organic light emitting material in the light emitting layer 24 is excited to an excited state by the energy. Light is emitted when returning from that state to the ground state.
[0040]
By using an anthracene oligomer compound having high field effect mobility for the hole transport layer 23 and the electron transport layer 25 of the organic EL device having such a layer configuration, holes and electrons can be efficiently injected into the light emitting layer. The luminous efficiency can be increased.
[0041]
As the substrate 21, a transparent material such as glass or plastic is used.
[0042]
As the anode 22, a material that transmits light is used. Specifically, it is preferable to use tin-doped indium oxide (ITO), indium oxide, tin oxide, indium oxide, or a zinc oxide alloy. A thin film of a metal such as gold, platinum, silver, or a magnesium alloy may be used. Organic materials such as polyaniline, polythiophene, polypyrrole, and derivatives thereof can also be used.
[0043]
As the cathode 26, it is preferable to use an alkali metal having a low work function, such as Li, K, or Na, or an alkaline earth metal, such as Mg or Ca, from the viewpoint of electron injection. It is also preferable to use stable Al or the like. A layer containing two or more types of materials may be used in order to achieve both stability and electron injecting property. These materials are described in detail in, for example, JP-A-2-15595 and JP-A-5-121172. Being stimulated.
[0044]
The light emitting layer 24 is preferably formed by adding (doping) a coumarin derivative or a coloring material such as DCM, quinacridone, or rubrene to a host material such as a quinolinol complex or an aromatic amine. The light emitting layer 24 may be formed. Further, by forming the light emitting layer 24 by doping with an iridium metal complex, an efficient organic EL device can be manufactured.
[0045]
The above-described anthracene oligomer compound is used for the hole transport layer 23 and the electron transport layer 25. The anthracene oligomer compound to be used may be one type or a plurality of types, and the hole transport layer 23 and the electron transport layer 25 may contain other compounds.
Further, as a method of forming the film of the hole transport layer 23 and the electron transport layer 25, a method substantially similar to the method of forming the film of the light emitting layer 24 is used.
[0046]
The organic light-emitting device (organic thin-film device) of the present invention may be configured such that an electron injection layer, a hole injection layer, an electron block layer, a hole block layer, a protective layer, and the like are provided in addition to the above layers. It is possible.
[0047]
In the organic thin film device of the present invention, as described above, a plastic substrate can be used in addition to a glass substrate as a substrate for an electric device such as a transistor and an optical device such as an organic EL element. The plastic used as the substrate needs to be excellent in heat resistance, dimensional stability, solvent resistance, electric insulation, workability, low air permeability and low moisture absorption. Examples of such a plastic include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polystyrene, polycarbonate, polyacrylate, and polyimide. It is preferable to provide a moisture permeation preventing layer (gas barrier layer) on the surface of the substrate on the electrode side, the surface on the side opposite to the electrode, or both. Further, the material constituting the moisture permeation preventing layer is preferably an inorganic substance such as silicon nitride or silicon oxide. Further, the moisture permeation preventing layer can be formed by a known film forming method such as an RF sputtering method. Further, a hard coat layer or an undercoat layer may be provided as necessary.
[0048]
FIG. 3 is a sectional view showing a display device for controlling driving and lighting of an organic EL element by an organic TFT according to the present invention. That is, the organic EL element 120 includes a cathode 101, an electron transport layer 102, a light emitting layer 103, a hole transport layer 104, and an anode 105, and the organic TFT 121 has a gate electrode 106, a gate insulating layer 107, and an organic semiconductor layer. (Organic active layer) 108, a source electrode 109 and a drain electrode 110. These layer structures are supported by a plastic substrate 111 via a barrier layer 112, and the upper part of these layer structures is covered with a protective film 113.
[0049]
Further, one of the anode 105 and the cathode 101 of the organic EL element 120 (the electrode on the side closer to the plastic substrate 111) and the drain electrode 110 of the organic TFT 121 are electrically connected. When a voltage is applied to the gate electrode 106, a current flows between the source and drain electrodes, and the organic EL element 120 emits light.
[0050]
In the present invention, the organic EL element driven / lit by the organic TFT may be of a known material and constitution, but is preferably an organic EL element using the organic compound according to the present invention.
[0051]
Further, the organic thin film device of the present invention can be used for a wide range of display elements, backlights, optical communication, electrophotography, illumination light sources, recording light sources, exposure light sources, reading light sources, signs, signs, interiors, and the like, in addition to the following displays. Can be used for field applications.
[0052]
Further, an active matrix type organic EL display can be manufactured by arranging elements in which a switching organic TFT is combined with the configuration shown in FIG. 3 in a matrix.
[0053]
In an active matrix type organic EL display, even when the number of pixels is large, there is little possibility that an unnecessary voltage is applied to a non-selected point, and there is little possibility that efficiency is reduced or deteriorated even at a high duty. It has the advantage that it has excellent properties.
[0054]
<Synthesis method and identification result of anthracene oligomer>
First, a method for synthesizing an anthracene dimer (2A) and a trimer (3A) used in the present embodiment and identification results will be described.
[0055]
(A) Synthesis of 2-anthracen-2-yl-4,4,5,5-tetramethyl- [1,3,2] dioxaborane (1)
[0056]
Bis (pinacolato) diboron (1.19 g, 4.67 mmol), 2-bromoanthracene (1.00 g, 3.89 mmol), PdCl ₂ (Dppf) ₂ (CH ₂ Cl ₂ ) (95 mg, 0.12 mmol) and potassium acetate (1.19 g, 4.67 mmol) were added to perform an aryl borate reaction. Compound (a) represented by the following structural formula (7) was obtained by performing rapid chromatography using silica gel using n-heptane / dichloromethane (1: 1) as a solvent. (806 mg, 4.67 mmol).
[0057]
Embedded image

[0058]
The result of identification of compound (a) was as follows: melting point: 143 to 144 ° C; 1H NMR (CDCl ₃ ) Δ 1.38 (s, 12H), 7.46-7.48 (m, 2H), 7.78 (d, J = 8.55 Hz, 1H), 7.98 (d, J = 8.55 Hz, 1H), 8.01 (t, J = 8.55 Hz, 2H), 8.41 (s, 1H), 8.48 (s, 1H), 8.57 (s, 1H); MS (EI) m / Z 304 (M ⁺ , 100).
[0059]
Elemental analysis C ₂₀ H ₂₁ BO ₂ Calculated for: C, 78.97; H, 6.96; found: C, 78.75; H, 7.01.
[0060]
(B) Synthesis of [2,2 ′] pianthracene (2A)
[0061]
Toluene (100 ml) and 1 M Na ₂ CO ₃ (20 ml), 2-bromoanthracene (682 mg, 2.65 mmol) and compound (a) (806 mg, 2.65 mmol) were added. Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (153 mg, 0.133 mmol) was added, and the mixture was refluxed for 3 days (Suzuki coupling reaction).
[0062]
2A was precipitated and extracted from the reaction product using water, ethanol and warm toluene.
By continuous sublimation purification (main heater: 300 ° C .; sub heater: 280 ° C.), a highly pure dimer (2A) represented by the following structural formula (8) (329 mg, 35%) was obtained.
[0063]
Embedded image

[0064]
The result of identification of the dimer (2A) was as follows: melting point 365-366 ° C: MS (EI) m / z 354 (M ⁺ , 100), 177 (M ⁺ , 57.8).
[0065]
Elemental analysis C ₂₈ H ₁₈ For C: 94.88: H, 5.12; found: C, 94.59; H, 5.34.
[0066]
(C) Synthesis of [2,2 ′; 6 ′, 2 ″] teranthracene (3A)
[0067]
Toluene (100 ml) and 1 M Na ₂ CO ₃ (20 ml), 2,6-diiodoanthracene (534 mg, 1.24 mmol) and compound (a) (830 mg, 2.73 mmol) were added. Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (143 mg, 0.124 mmol) was added, and the mixture was refluxed for 5 days (Suzuki coupling reaction).
[0068]
3A was precipitated and extracted from the reaction product using water, ethanol and warm toluene.
By continuous sublimation purification (main heater: 420 ° C .; sub-heater: 400 ° C.), a trimer (3A) (160 mg, 24%) represented by the following structural formula (9) having high purity was obtained.
[0069]
Embedded image

[0070]
The result of identification of the trimer (3A) was as follows: melting point: 400 ° C. or more: MS (MALDI-TOF) m / z 530 (M ⁺ , 100).
[0071]
Elemental analysis C ₄₂ H ₂₆ For C: 95.06; H, 4.94; found: C, 95.02: H, 4.93.
[0072]
【Example】
Hereinafter, specific examples will be described with reference to the drawings.
[0073]
<Example 1>
As the substrate of the organic TFT, a silicon wafer having a surface formed with thermal silicon oxide having a thickness of 400 nm was used. Here, the silicon wafer had a low resistance, and also functioned as a gate electrode of the organic TFT. In addition, a silicon oxide film was used as a gate insulating film, and an anthracene dimer (2A) was formed thereon as an organic semiconductor layer by a vacuum evaporation method.
[0074]
Here, the preparation conditions of the anthracene dimer film were as follows.
The degree of vacuum in the evaporation chamber is 1 × 10 ^-4 Pascal and below. The substrate temperature was in the range of 40 to 100 ° C. The anthracene dimer purified by sublimation was placed in a carbon crucible and heated by a tantalum wire filament wound around the crucible. The deposition rate was 1 ° / sec, and the film thickness was about 50 nm.
[0075]
Next, a source electrode and a drain electrode were formed over the organic semiconductor layer by depositing gold by a vacuum evaporation method using a metal mask. The channel width and channel length of the organic TFT were 200 μm and 1000 μm, respectively.
[0076]
FIG. 4 shows an X-ray diffraction pattern of the prepared anthracene dimer film. The horizontal axis in FIG. 4 is the X-ray diffraction angle (2θ) when the angle in the horizontal direction with respect to the substrate is 0 ° (where θ is the X-ray incident angle with respect to the substrate), and the vertical axis is the vertical axis. , The intensity of the diffracted X-ray. The X-ray used for measuring the X-ray diffraction pattern is a Cu-Kα ray having a wavelength of 5.14 °. The very strong and sharp primary peak is at 4.5 °, the secondary peak is at 9.1 °, the third peak is at 13.6 °, and the fourth peak is at 18.3 °. Was. Since this corresponds to an intermolecular spacing of 19.5 °, it was confirmed that the major axis direction of the anthracene dimer molecule was perpendicular to the substrate. Such a molecular orientation is preferable because the π electron orbit spreads in a direction parallel to the substrate surface. As a result, it is assumed that the carriers induced in the organic semiconductor layer easily move in the lateral direction (the direction parallel to the substrate surface).
[0077]
FIG. 5 shows the electrical characteristics of the manufactured organic TFT. The horizontal axis in FIG. 5 is the drain voltage (V), and the vertical axis is the drain current (A). The change curve of the drain current at each voltage value has a linear region of low drain voltage (voltage proportional region) and a saturation region of high drain voltage.
[0078]
The field effect mobility (μ) can be calculated using the following equation (A) representing the drain current Id.
Id = (W / 2L) μCi (Vg−Vt) ² … (A)
[0079]
Here, L and W are a gate length and a gate width. Ci is the capacitance per unit area of the insulating layer. Vg is a gate voltage, and Vt is a threshold voltage.
[0080]
As a result of calculating the field effect mobility (μ) using the above equation (A), it was found that a 2A organic TFT manufactured at a substrate temperature of 70 ° C. ^-2 cm ² / Vs was obtained.
[0081]
<Example 2>
As the substrate of the organic TFT, a silicon wafer having a surface formed with thermal silicon oxide having a thickness of 400 nm was used. Here, the silicon wafer had a low resistance, and also functioned as a gate electrode of the organic TFT. A silicon oxide film was used as a gate insulating film, and an anthracene trimer (3A) was formed thereon as an organic semiconductor layer by a vacuum evaporation method.
[0082]
Here, the preparation conditions of the anthracene trimer film were as follows.
The degree of vacuum in the evaporation chamber is 1 × 10 ^-4 Pascal and below. The substrate temperature was in the range of 40 to 200 ° C. The anthracene trimer purified by sublimation was placed in a carbon crucible and heated by a tantalum wire filament wound around the crucible. The deposition rate was 1 ° / sec, and the film thickness was about 50 nm.
[0083]
Next, a source electrode and a drain electrode were formed over the organic semiconductor layer by depositing gold by a vacuum evaporation method using a metal mask. The channel width and the channel length of the organic TFT were 100 μm and 1000 μm, respectively.
[0084]
FIG. 6 shows an X-ray diffraction pattern of the prepared anthracene trimer film. The horizontal axis in FIG. 6 is the X-ray diffraction angle (2θ) when the angle in the horizontal direction with respect to the substrate is 0 ° (where θ is the X-ray incident angle with respect to the substrate), and the vertical axis is the vertical axis. , The intensity of the diffracted X-ray. The X-ray used for measuring the X-ray diffraction pattern is a Cu-Kα ray having a wavelength of 5.14 °. The very strong and sharp primary peak is at 3.1 °, the secondary peak is at 6.2 °, the third peak is at 9.3 °, and the fourth peak is at 12.5 °. Was. Since this corresponds to the intermolecular spacing of 28.4 °, it was confirmed that the major axis direction of the anthracene trimer molecule was perpendicular to the substrate. Such a molecular orientation is preferable because the π electron orbit spreads in a direction parallel to the substrate surface. As a result, it is assumed that the carriers induced in the organic semiconductor layer easily move in the lateral direction (the direction parallel to the substrate surface).
[0085]
FIG. 7 shows the electric characteristics of the manufactured organic TFT. The horizontal axis in FIG. 7 is the drain voltage (V), and the vertical axis is the drain current (A). The change curve of the drain current at each voltage value has a linear region of low drain voltage (voltage proportional region) and a saturation region of high drain voltage.
[0086]
The field effect mobility (μ) can be calculated using the following equation (A) representing the drain current Id.
Id = (W / 2L) μCi (Vg−Vt) ² … (A)
[0087]
Here, L and W are a gate length and a gate width. Ci is the capacitance per unit area of the insulating layer. Vg is a gate voltage, and Vt is a threshold voltage.
[0088]
As a result of calculating the field-effect mobility (μ) using the above equation (A), a 3A organic TFT manufactured at a substrate temperature of 100 to 150 ° C. has an 8 × 10 ^-2 cm ² / Vs was obtained.
[0089]
<Example 3>
As the substrate of the organic TFT, a silicon wafer having a surface formed with thermal silicon oxide having a thickness of 400 nm was used. Here, the silicon wafer had a low resistance, and also functioned as a gate electrode of the organic TFT. A silicon oxide film was used as a gate insulating film, and 6-6′-dihexyl-bianthracene (DH-2A) was formed thereon as an organic semiconductor layer by a vacuum evaporation method.
[0090]
Here, the manufacturing conditions of the DH-2A film were as follows.
The degree of vacuum in the evaporation chamber is 1 × 10 ^-4 Pascal and below. The substrate temperature was in the range of 40 to 200 ° C. The DH-2A purified by sublimation was put in a carbon crucible and heated by a tantalum wire filament wound around the crucible. The deposition rate was 1 ° / sec, and the film thickness was about 50 nm.
[0091]
Next, a source electrode and a drain electrode were formed over the organic semiconductor layer by depositing gold by a vacuum evaporation method using a metal mask. The channel width and the channel length of the organic TFT were 100 μm and 1000 μm, respectively.
[0092]
FIG. 8 shows an X-ray diffraction pattern of the prepared DH-2A. The horizontal axis in FIG. 8 is the X-ray diffraction angle (2θ) when the angle in the horizontal direction with respect to the substrate is 0 ° (where θ is the X-ray incident angle with respect to the substrate), and the vertical axis is , The intensity of the diffracted X-ray. The X-ray used for measuring the X-ray diffraction pattern is a Cu-Kα ray having a wavelength of 5.14 °. The very strong and sharp primary peak was at 2.8 °, the secondary peak was at 5.5 °, the third peak was at 8.3 °, and the fourth peak was at 11 °. Since this corresponds to an intermolecular spacing of 32 °, it was confirmed that the major axis direction of the DH-2A molecule was perpendicular to the substrate. Such a molecular orientation is preferable because the π electron orbit spreads in a direction parallel to the substrate surface. Thus, it is assumed that the carriers induced in the organic semiconductor layer are easily moved in the lateral direction (parallel to the substrate surface).
[0093]
FIG. 9 shows the electrical characteristics of the manufactured organic TFT. The horizontal axis in FIG. 9 is the drain voltage (V), and the vertical axis is the drain current (A). The change curve of the drain current at each voltage value shows a linear region (voltage proportional region) of a low drain voltage and a saturation region at a high drain voltage.
[0094]
The field effect mobility (μ) can be calculated using the following equation (A) representing the drain current Id.
Id = (W / 2L) μCi (Vg−Vt) ² … (A)
[0095]
Here, L and W are a gate length and a gate width. Ci is the capacitance per unit area of the insulating layer. Vg is a gate voltage, and Vt is a threshold voltage.
[0096]
As a result of calculating the field effect mobility (μ) using the above equation (A), the DH-2A organic TFT manufactured at a substrate temperature of 70 ° C. showed 1.3 × 10 ^-1 cm ² / Vs high field-effect mobility was obtained.
[0097]
【The invention's effect】
As described above, the organic compound of the present invention is composed of an anthracene oligomer linked at the 3- or 4-position, and the anthracene oligomer is thermally stable and has high field-effect mobility. Therefore, by using this organic compound for the active layer of the organic TFT according to the present invention, high field-effect mobility characteristics can be realized, and this material can be used as the hole transport layer or the electron transport layer of the organic EL device according to the present invention. The use as a layer makes it possible to realize an organic electroluminescence element having high luminous efficiency.
[0098]
Further, the display of the present invention is an organic EL display in which pixels formed by combining the above-described organic TFT with the above-described organic EL element or another organic EL element are arranged, and have excellent luminous efficiency and responsiveness. It has the advantage of being superior.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a layer configuration of an organic TFT which is an organic thin film device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a layer configuration of an organic EL element which is an organic thin film device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a layer configuration of a light emitting device that is an organic thin film device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of an anthracene dimer film used as an organic semiconductor layer of the organic TFT according to Example 1 of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the electrical characteristics of an organic TFT using an anthracene dimer according to Example 1 of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of an anthracene trimer film used as an organic semiconductor layer of an organic TFT according to Example 2 of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the electrical characteristics of an organic TFT using an anthracene trimer according to Example 2 of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of DH-2A used as an organic semiconductor layer of the organic TFT according to Example 3 of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing electric characteristics of an organic TFT using DH-2A according to Example 3 of the present invention.
[Explanation of symbols]
11, 21 Substrate
12, 106 gate electrode
13,107 Gate insulating film
14, 110 drain electrode
15, 109 Source electrode
16,108 Organic semiconductor layer (organic active layer)
22, 105 anode
23, 104 hole transport layer
24, 103 light emitting layer
25, 102 electron transport layer
26, 101 cathode
111 plastic substrate
112 Barrier layer
113 protective layer
120 Organic EL device
121 Organic TFT

Claims (10)

An organic compound comprising an anthracene oligomer linked at the 3- or 4-position represented by the following structural formula (1).

(However, n is an integer of 0 or more. R represents hydrogen or a substituted or unsubstituted alkyl group, aryl group, amino group, heterobase or phenoxy group.) An organic compound, wherein a hydrogen atom constituting the anthracene oligomer according to claim 1 is substituted by a fluorine atom, and represented by the following structural formula (2).

(However, n is an integer of 0 or more.) An organic compound, wherein the 6-position of a 2-anthryl group located at both ends of the anthracene oligomer according to claim 1 is substituted by an alkyl group, and represented by the following structural formula (3).

(However, R represents an alkyl group.) The organic compound according to claim 3, wherein the substituted alkyl group comprises a hexyl group, and comprises 6-6'dihexyl-bianthracene represented by the following structural formula (4).

An organic thin film device comprising at least one organic layer, wherein at least one of the organic layers contains the organic compound according to any one of claims 1 to 4. On a substrate, a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, and an organic thin film device comprising an organic thin film transistor formed by laminating a source electrode and a drain electrode, wherein the organic semiconductor layer is one of claims 1 to 4. An organic thin-film device comprising the organic compound according to claim 1. An organic thin-film device comprising an organic electroluminescent element in which an anode, a hole transport layer, a light-emitting layer, an electron transport layer, and a cathode are stacked on a substrate, wherein the hole transport layer and the electron transport layer An organic thin-film device, wherein at least one of the organic thin-film devices contains the organic compound according to any one of claims 1 to 4. A display, comprising: driving and lighting an organic electroluminescence element using an organic thin film transistor comprising the organic thin film device according to claim 6. An active matrix system comprising: pixels comprising an organic thin film device comprising the organic thin film transistor according to claim 6 and an organic thin film device comprising the organic electroluminescence element according to claim 7 arranged in a matrix. display. The organic EL display according to any one of claims 6 to 9, wherein the substrate is made of a flexible material.

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